JPH11121237A - 平面型磁気素子 - Google Patents
平面型磁気素子Info
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- JPH11121237A JPH11121237A JP28834697A JP28834697A JPH11121237A JP H11121237 A JPH11121237 A JP H11121237A JP 28834697 A JP28834697 A JP 28834697A JP 28834697 A JP28834697 A JP 28834697A JP H11121237 A JPH11121237 A JP H11121237A
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Abstract
2および磁性体膜1,4で挟み込んだ構造の平面積層型
インダクタにおいて、平面コイル3の導体部を磁性体膜
5で覆う構造とすることにより、渡り磁束を低減し銅損
を低減させる。
Description
イクロマシーニング技術を活用することによって平面型
に製作される薄膜インダクタ(平面型インダクタ)に関
する。
面積層型インダクタの斜視図(a)および断面図(b)
を示す。これは、シリコン等の下地基板(図示なし)上
に絶縁膜を形成し、その上に下部磁性膜4、平面コイル
3、絶縁膜2および上部磁性膜1を順に形成する、平面
コイルを磁性膜で挟み込んだものであり、いわゆる平面
積層型インダクタと言われる。また、磁性体がコイルよ
りも外側にあり、コイルが磁性体の中にあることから、
外鉄型または内部コイル型インダクタと呼ばれる。
に、下記のような特徴を有することによるものと言え
る。 (1)フォトリソグラフィやめっき法を利用したサーフ
ェイスマイクロマシーニング技術を適用することによ
り、小型,薄型で高い性能係数Qを持つ薄膜のインダク
タを容易に形成することができ、小型の電源等への適用
に有利である。 (2)また、スパイラル形状の平面積層型インダクタ
は、つづら折れ型等の他のインダクタに比べ、単位面積
当たりのインダクタンス値を最も大きくできるため、小
型,薄型化に適している。
ダクタは、使用する周波数帯域において、充分に高い性
能係数Q値を持つことが必要である。Q値はコイルの抵
抗をR、インダクタンスをL、駆動周波数をf、角速度
をωとすると、 Q=ωL/R(ω=2πf) で表わされる。インダクタの性能を向上させるために
は、性能係数Qの向上、すなわちコイル抵抗Rを小さく
し、インダクタンスLを大きくすることが必要である。
ダクタのコイルの抵抗RとインダクタンスLの周波数特
性(計算値)を示す。図6に示すものと同様の構造で、
全体の大きさは4mm角、ターン数7、平面コイル3の
導体部の膜厚27μm、上部磁性膜1および下部磁性膜
4の膜厚をそれぞれ3μm、上部磁性膜1の下面から平
面コイル3の導体部の下面までの間隔を10μmとして
いる。なお、上部磁性膜1と下部磁性膜4には、コバル
ト(Co)系アモルファス磁性膜を使用している。ま
た、平面コイル3の導体部の材質は銅(Cu)である。
図7から、高周波領域になるにつれてコイル抵抗R(●
印)は急激に上昇しているのに対し、インダクタンスL
(▲印)は低下することが分かるが、これが一般的なイ
ンダクタの周波数特性である。特に、コイル抵抗R(交
流抵抗Rac)は、直流抵抗Rdcが0.8Ωであるに
もかかわらず、800KHzで1Ω以上、8MHzで1
0Ω以上と急激に増加している。
分けられる。鉄損は磁性膜中に発生する渦電流による損
失である。一方、銅損は直流抵抗Rdcおよびコイル導
体を垂直に鎖交する渡り磁束で渦電流が発生することに
よってもたらされるものである。鉄損を低減する方法と
しては、高電気抵抗率の材料を用いたり、上部磁性膜1
と下部磁性膜4を絶縁膜を挟んで多層構造にしたり、ま
たは、特開平6−77055号に示されるように磁性体
を分割する方法なども知られている。
し、図6と同じ形状のインダクタに、0.2Aの実効電
流を通電した場合の鉄損の周波数変化を示す。高周波領
域で増加することを示している。図9は上記と同様のイ
ンダクタにおける銅損の周波数変化である。図9から明
らかなように、高周波領域における抵抗の増加には、銅
損の占める割合が非常に大きいことが分かる。そこで、
高いQ値を持つインダクタを得るには、この銅損を低減
することが必要不可欠な条件となる。直流抵抗Rdcを
低下するには、ターン数を減らしたり、コイルの膜厚を
増したりすることが有効である。しかし、コイル導体を
上下の磁性膜で挟み込んだ平面積層型インダクタで、コ
イル導体を垂直に鎖交する渡り磁束を低減し、渦電流の
発生を抑制し銅損を低減することは難しい。
し、図6と同じ形状,条件のインダクタに、0.2Aの
実効電流を通電した場合の磁束密度分布を計算したもの
である。この図から、コイル導体を垂直に鎖交する渡り
磁束7の影響が大きいことが分かる。なお、図10
(a)は図10(c),(d)のように示される平面型
インダクタの右半分,上半分を示し、図10(b)はそ
の拡大図を示す。コイルは上半分を示すことから、符号
3’で示されている。
波領域で交流抵抗Racが急激に増加し、これが銅損を
大きくする原因となっていることが分かる。したがっ
て、この発明の課題は、従来困難とされていた銅損の低
減化を図ることにある。
べく、請求項1の発明では、平面積層型インダクタにお
ける平面コイルの導体部を磁性体膜で覆うようにしてい
る。この構造では、磁性体膜がコイル導体を垂直に鎖交
する渡り磁束を回避する。つまり、磁性体膜が磁束のシ
ールド層となり、磁束は磁性体膜内部を通過することに
なる。これにより、銅損が低減する。請求項2の発明で
は、平面積層型インダクタにおける平面コイルの導体部
を、この導体部よりも高い電気抵抗率膜で覆うようにし
ている。これにより、高電気抵抗率膜が渦電流の発生が
抑制され、銅損が低減する。また、請求項3の発明で
は、平面積層型インダクタにおける平面コイルの導体部
を、この導体部よりも高い電気抵抗率を持つ磁性体膜で
覆うようにしている。これにより、コイル導体を垂直に
鎖交する渡り磁束が回避され、渦電流の発生が抑制され
るので、銅損が低減する。
態を示す構成図で、(a)は斜視図、(b)は断面図で
ある。図1からも明らかなように、基本的な構造は図6
に示したスパイラル形状の平面積層型インダクタと同じ
であるが、平面コイル3の導体部を取り囲むように磁性
体膜5で覆った点が特徴である。この磁性体膜5として
は磁性体であれば良いが、ニッケル(Ni),鉄(F
e),コバルト(Co)などの軟磁性体とするのがより
好ましい。その効果を説明するために、磁性体膜5とし
て膜厚3mmのNi膜を用いた場合の、有限要素法によ
る電磁界解析の計算結果について説明する。まず、下記
の表1に計算に用いたパラメータを示す。
材質,パラメータを持つ場合に、0.2Aの実効電流を
流した場合の磁束密度分布を示す。これは、先の図10
に対応するものであるが、図2では渡り磁束7は磁性体
膜5のNi膜中を通って殆どコイル3の導体部(Cu)
を鎖交しておらず、渡り磁束7が著しく低減することが
分かる。図3に0.2Aの実効電流を通電した場合の銅
損の周波数変化を示す。磁性体膜5の効果により、高周
波数領域でもほぼ一定値となることが分かる。
構成図で、(a)は斜視図、(b)は断面図である。基
本的な構造は図1と同じであるが、平面コイル3の導体
部を磁性体膜5に代えて、平面コイル3の導体部よりも
高い電気抵抗率膜(非磁性体)6で覆った点が特徴であ
る。かかる高電気抵抗率膜6として、ここでは電気抵抗
率ρが7.2×10-8Ω・mの非磁性体膜を用い場合
の、有限要素法による電磁界解析の計算結果を基に説明
する。なお、高電気抵抗率膜(非磁性体)としては、例
えばめっき法を用いて製作した非磁性体のNi膜が好適
であるが、その他亜鉛(5.9×10-8Ω・m),アル
メル(3.3×10-7Ω・m),クロム(1.7×10
-7Ω・m),白金(1.06×10-7Ω・m),鉛
(2.1×10-7Ω・m)などを用いることができる。
下記の表2に、計算に用いたパラメータを示す。
の銅損の周波数変化を示す。図9の場合に比べ10MH
z付近からの銅損が低下(10MHzで図9の場合は2
00mW、図5では180mW)していることが分か
る。これは、電気抵抗率1.7×10-8Ω・mの平面コ
イル3の導体部(Cu)の上に、それよりも高い電気抵
抗率の膜を形成することで、図1の場合について図2で
説明したようにコイルを鎖交する渡り磁束の量は減らな
くとも、うず電流を抑制し銅損を減らす効果がある。
5または図4の高電気抵抗率膜6の代わりに、高電気抵
抗率の磁性体膜で覆うようにすれば、平面コイル導体部
の渡り磁束を低減させる効果とうず電流の抑制効果とを
持つ構造の平面積層型インダクタを提供することができ
る。高電気抵抗率の磁性体膜としては、例えばNiZ
n,Fe−Al−O,Fe−B−O,Fe−Hf−O,
Fe−Zr−Oなどのフェライト系磁性体が好適であ
る。なお、以上はインダクタについて説明したが、この
発明はトランスなどの他の磁気素子を平面型,薄型で形
成する場合にも、同様にして適用することが可能であ
る。
を磁性体膜または高電気抵抗率膜若しくは高電気抵抗率
の磁性体膜により覆うことで、コイルの銅損を低減する
ことが可能となる利点が得られる。
る。
る。
る。
波数特性図である。
部磁性膜、5…磁性体膜、6…高電気抵抗膜、7…渡り
磁束。
Claims (3)
- 【請求項1】 スパイラル平面コイルと、絶縁体および
スパイラル平面コイルを挟み込む磁性体膜とを積層して
構成される平面型磁気素子において、 前記スパイラル平面コイルの導体部を磁性体膜で覆った
ことを特徴とする平面型磁気素子。 - 【請求項2】 スパイラル平面コイルと、絶縁体および
スパイラル平面コイルを挟み込む磁性体膜とを積層して
構成される平面型磁気素子において、 前記スパイラル平面コイルの導体部を、この導体部より
も高い電気抵抗率膜で覆ったことを特徴とする平面型磁
気素子。 - 【請求項3】 スパイラル平面コイルと、絶縁体および
スパイラル平面コイルを挟み込む磁性体膜とを積層して
構成される平面型磁気素子において、 前記スパイラル平面コイルの導体部を、この導体部より
も高い電気抵抗率を持つ磁性体膜で覆ったことを特徴と
する平面型磁気素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28834697A JP3620623B2 (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | 平面型磁気素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP28834697A JP3620623B2 (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | 平面型磁気素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH11121237A true JPH11121237A (ja) | 1999-04-30 |
JP3620623B2 JP3620623B2 (ja) | 2005-02-16 |
Family
ID=17729023
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP28834697A Expired - Lifetime JP3620623B2 (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | 平面型磁気素子 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005142199A (ja) * | 2003-11-04 | 2005-06-02 | Nec Tokin Corp | 薄膜インダクタ及びその製造方法 |
JP2007067236A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Fujitsu Ltd | 集積型電子部品および集積型電子部品製造方法 |
WO2007055078A1 (ja) * | 2005-11-14 | 2007-05-18 | Sumida Corporation | 電源用のインダクタ |
JP2008205513A (ja) * | 2008-05-26 | 2008-09-04 | Fujitsu Ltd | 集積型電子部品 |
WO2011148787A1 (ja) * | 2010-05-28 | 2011-12-01 | 株式会社村田製作所 | 積層型インダクタおよびその製造方法 |
-
1997
- 1997-10-21 JP JP28834697A patent/JP3620623B2/ja not_active Expired - Lifetime
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